[发明专利]一种适用于曲面结构的机器人制孔误差补偿装置及其方法

说明书

本发明公开了一种适用于曲面结构的机器人制孔误差补偿装置及其方法，属于机器人制孔领域，该装置包括工业相机，四个激光测距传感器，刀具、特定标定板、刚性可拆卸连接轴及若干夹具；工业相机以一定角度固连于机器人末端，四个激光测距传感器分布在刀具四周；该方法为以单应变换表征手眼关系；以基准孔对应的机器人理论驱动坐标与实际驱动坐标建立三维误差矩阵，通过三维误差矩阵对基准孔邻域范围内的待钻孔的驱动坐标进行重新计算，以完成待钻孔的定位误差补偿。本发明利用相机图像平面与制孔工作平面之间的单应矩阵表征手‑眼关系以进行在线检测的方法更加简便易行，基准孔误差计算建立在三维空间，因此本发明更适用于曲面制孔。

技术领域

本发明属于机器人制孔领域，是一种制孔误差补偿方法，具体为一种适用于曲面结构的机器人制孔误差补偿方法。

背景技术

近年来，采用工业机器人代替手工进行制孔已是航空制造技术的一个重要发展趋势。然而，工业机器人存在重复定位精度高而绝对定位精度低的问题，使得机器人定位精度难以满足航空制孔精度要求。此外，由于机器人制孔的数控程序通常基于待制孔零件的计算机辅助设计模型(简称CAD模型)，而CAD模型和实际工件之间存在制造偏差，工件与机器人之间也会存在位置找正偏差，这些因素使得机器人实际制孔时偏差累积，并最终影响制孔位置和制孔方向的精度。因此研究制孔误差补偿方法十分必要。

现有的一些采用基于视觉反馈的孔位误差补偿方法，求解相机与机器人末端的变换过程较为复杂，且在实际测量时要求相机移动至孔位正上方拍摄测量，此时刀具并未正对孔位，拍摄测量后还需根据刀具与相机之间的位置关系进行移动，如[Frontiers ofInformation TechnologyElectronic Engineering,2014,15(8):593-606.]，提出了一种同时完成手眼标定和相机参数标定的方法，一定程度上降低了手眼标定的复杂度，但实际工作时仍需使相机移动至孔位正上方拍摄。采用激光跟踪仪进行制孔误差补偿方法相比于视觉方法集成度与自动化程度较低。现有的基于基准孔定位的误差补偿方法，如[International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2013,68(9-12):2535-2545.]中提出的双线性插值方法，误差计算仅建立在二维空间，因此不适用于曲面结构。

发明内容

本发明的目的在于提出一种适用于曲面结构的机器人制孔误差补偿方法，以解决机器人制孔质量难以满足航空制孔要求的问题。

本发明是这样实现的：

一种适用于曲面结构的机器人制孔误差补偿装置，包括工业相机、机器人，其特征在于，所述的机器人包括机器人法兰盘，所述的机器人法兰盘上方为法兰盘坐标系xy平面，所述的法兰盘坐标系xy平面上方设置有夹具，在夹具的末端倾斜放置工业相机；所述的夹具上安装有刀具，刀具的轴线与法兰盘坐标系xy平面的z轴重合或平行；在刀具的四周分布四个激光测距传感器；在所述的机器人法兰盘上方还通过连接轴安装有标定板，所述的标定板包括标定板工作面，即标定板下表面(与法兰盘相对的平面)、标定板四顶角设置的标定板上定位孔、标定板上九孔阵列；所述的标定板工作面与法兰盘坐标系xy平面平行，所述的刀具的轴线穿过标定板上九孔阵列区域且激光测距传感器的激光线在标定板工作面上的靶点均布在刀具轴线四周；所述的工业相机的相机光轴穿过标定板上九孔阵列区域。利用相机拍摄到的标定板上九孔阵列的图像与标定板工作面之间的单应变换表征手眼关系。

进一步，所述的连接轴平行于刀具，并且安装在夹具上。

进一步，所述的标定板、连接轴是可拆卸的。

本发明还公开了一种适用于曲面结构的机器人制孔误差补偿装置的补偿方法，步骤如下：

步骤一、将工业相机倾斜角度安装于机器人末端，将四个激光测距传感器安装在刀具四周，将标定板通过刚性连接轴安装在机器人法兰盘上方；